Способ декоративной металлизации поверхности стекла
Владельцы патента RU 2611058:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромской государственный университет" (КГУ) (RU)
Изобретение относится к способам покрытия обратной поверхности стекла металлическими материалами при помощи излучения лазера, в частности с помощью передачи лазерного луча через стекло, являющееся обрабатываемым изделием. Технический результат - формирование на обратной поверхности листового стекла, прозрачного для луча лазера, декоративного изображения из тонкой металлической пленки, сформированной путем испарения лазерным лучом металла, находящегося в непосредственном контакте с обратной поверхностью стекла. Достигается тем, что металлическое изображение на обратной стороне прозрачного для луча лазера листового оконного стекла состава SiO2 - 71,8%, Na2O - 14,8%, CaO - 6,7%, MgO - 4,1%, Al2O3 - 2%, SiO3 - 0,5%, Fe2O3 - 0,1% в результате испарения металла формируется за два прохода луча иттербиевого импульсного волоконного лазера длиной волны 1,06 мкм. При этом осуществляется механический прижим металлической подложки из испаряемого с ее поверхности металла с обратной стороны листового стекла, а поверхности стекла и металлической подложки предварительно очищаются, поверхность металлической подложки выравнивается и шлифуется с целью улучшения взаимного прилегания. 4 ил.
Способ относится к способам покрытия обратной поверхности стекла металлическими материалами при помощи излучения лазера, в частности с помощью передачи лазерного луча через стекло, являющееся обрабатываемым изделием.
Известен способ лазерной металлизации диэлектрической подложки №2192715, класс H05K 3/02, в котором диэлектрическую подложку обрабатывают лазерным излучением в атмосфере продуктов сгорания углеводородов. Размер области металлизации диэлектрической подложки задают размером пятна лазерного излучения, а толщину слоя меди регулируют мощностью и продолжительностью воздействия лазерного излучения (аналог).
На поверхность изделия в виде диэлектрической пластинки наносится глицерин, сверху пластинка материала покрывается пленкой лавсана. В технологическом процессе используется лазер ближнего ИК-диапазона, пленка лавсана является прозрачной в этом диапазоне. В результате воздействия луча лазера происходит локальный разогрев подложки и слоя глицерина. При мощности излучения Р~50 Вт/см2 глицерин сгорает в локальном объеме в области воздействия луча, пленка лавсана препятствует разлету продуктов его сгорания и лазерная термообработка подложки происходит в атмосфере продуктов сгорания глицерина. При времени воздействия лазерного излучения t~2 мин на поверхности подложки образуется медное покрытие толщиной до 5 мкм. Размер области металлизации определяется размером пятна лазерного излучения, толщину слоя меди можно регулировать величинами Ρ и t. Использование сканирующего луча лазера позволяет получать топологический рисунок проводящего покрытия на диэлектрической подложке любой сложности с высокой точностью. Однако рассматриваемый способ достаточно сложен в практическом осуществлении, требует дополнительных материалов и приспособлений.
Известен способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики №2444161 класс H05K 3/18, заключающийся в помещении поверхности диэлектрика на поверхность раствора, фокусировании излучения лазера на границу раздела диэлектрик-раствор и сканировании лазерным излучением по поверхности диэлектрика, при этом в раствор вводят фотоактивные гетерометаллические металлоорганические комплексы в количестве 0,005-0,1 г на 10 г и с контролируемым отношением металлов в их составе, а сканирование по поверхности диэлектрика осуществляют гелий-кадмиевым лазером (прототип).
Однако рассматриваемый способ требует дополнительного использования различных дорогостоящих химических веществ и растворов сложно контролируемого состава.
Техническая задача изобретения - формирование на обратной поверхности листового стекла, прозрачного для луча лазера, декоративного изображения из тонкой металлической пленки, сформированной путем испарения лазерным лучом металла, находящегося в непосредственном контакте с обратной поверхностью стекла.
Поставленная техническая задача достигается тем, что металлическое изображение на обратной стороне прозрачного для луча лазера листового стекла в результате испарения металла формируется минимум за два прохода этого луча. При этом осуществляется механический прижим металлической подложки в виде пластины из испаряемого с ее поверхности металла с обратной стороны листового стекла. Поверхность стекла очищается от загрязнений, а металлическая подложка дополнительно выравнивается, шлифуется либо полируется с целью удаления рисок, царапин, вмятин на поверхности металла, после чего поверхности прижимаются с силой, обеспечивающей устранение возможного зазора.
Суть способа можно пояснить следующим образом. Для нанесения декоративного изображения из тонкого слоя металла используется стекло, прозрачное для лазерного луча определенных параметров. С обратной от луча лазера стороны стекла размещается металлическая подложка, с поверхности которой и испаряется металл, образующий впоследствии декоративное изображение. Поверхность стекла очищается от загрязнений, а металлическая подложка дополнительно выравнивается, шлифуется либо полируется с целью удаления рисок, царапин, вмятин на поверхности металла. При необходимости осуществляется механический прижим металлической подложки к стеклу. Прижим необходим для уменьшения зазоров между поверхностями стекла и металла, приводящих к искажению формируемого декоративного изображения. Минимум два прохода луча лазера необходимо для формирования устойчивого декоративного изображения.
ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Для нанесения покрытия используется листовое оконное стекло состава SiO2 - 71,8%, Na2O - 14,8%, CaO - 6,7%, MgO - 4,1%, Al2O3 - 2%, SiO3 - 0,5%, Fe2O3 - 0,1% толщиной 4-8 мм и листовой прокат различных металлов толщиной 0,6 мм. Поверхности образцов из стекла и металла тщательно очищаются и выравниваются. Поверхность металла отшлифовывается или отполировывается.
Излучение иттербиевого импульсного волоконного лазера с длиной волны 1,06 мкм фокусируется на границе раздела стекло - металлическая подложка. В управляющей программе программного обеспечения лазерной системы задаются 2 прохода лазерного луча, со следующими параметрами:
| Параметры | 1 проход | 2 проход |
| Частота излучения, кГц | 20 | 23 |
| Скорость перемещения луча, мм/сек | 900 | 600 |
| Мощность излучения, Вт | 10 | 3 |
Металлическое покрытие в виде рисунка формируется согласно растровому изображению, заложенному в управляющую программу лазерной установки.
Пример 1
Стеклянный образец толщиной 4 мм устанавливается на отполированную подложку из латуни Л68 и механически к ней прижимается с силой, достаточной для устранения возможного зазора. Изображение - рисунок в виде дракона размером 7×12 мм (рис. 1).
Пример 2
Стеклянный образец толщиной 4 мм устанавливается на отшлифованную подложку из титана ВТ-3-1. Изображение - рисунок в виде дракона размером 7×12 мм (рис. 2).
Пример 3
Стеклянный образец толщиной 4 мм устанавливается на отполированную подложку из мельхиора МН19. Изображение - квадрат размером 15×15 мм.
Пример 4
Стеклянный образец толщиной 8 мм устанавливается на отполированную подложку из стали 08Х18Н10. Изображение - портрет размером 20×20 мм (рис. 3).
Пример 5
Стеклянный образец толщиной 4 мм устанавливается на отполированную подложку из мельхиора МН19 и механически к ней прижимается с силой, достаточной для устранения возможного зазора. Изображение - портрет размером 20×20 мм (рис. 4).
Способ декоративной металлизации поверхности листового оконного стекла состава SiO2 - 71,8%, Na2O - 14,8%, CaO - 6,7%, MgO - 4,1%, Al2O3 - 2%, SiO3 - 0,5%, Fe2O3 - 0,1%, отличающийся тем, что металлическое изображение на обратной стороне прозрачного для луча листового стекла согласно растровому изображению, заложенному в управляющую программу лазерной установки на основе иттербиевого импульсного волоконного лазера с длиной волны 1,06 мкм, в результате испарения металла подложки формируется за минимум два прохода луча лазера, при этом осуществляется механический прижим металлической подложки из испаряемого с ее поверхности металла с обратной стороны листового стекла, поверхности стекла и металлической подложки предварительно очищаются, а поверхность металлической подложки выравнивается и шлифуется с целью улучшения взаимного прилегания.
